Le champ magnétique et le courant sont considérés comme les deux faces d'une même pièce en raison de l'implication de charges, et les deux sont dérivés d'un rayonnement ou d'un champ électromagnétique.
Une onde électromagnétique est à la fois électrique et magnétique. Le courant est dû au champ électrique. Ainsi, il y aura une relation étroite entre le champ magnétique et le courant. Cet article concerne une explication exhaustive et des faits liés au champ et au courant magnétiques et à leur relation avec le champ électromagnétique.
Relation entre le champ magnétique et le courant
Un courant électrique dans un fil crée un champ magnétique dû au mouvement des charges. Ceci conduit à expliquer la relation entre le champ magnétique et le courant, qui s'explique par la loi de Biot-Savart. Elle précise qu'« un courant I circulant dans un conducteur porteur de courant de petite longueur dl n'est rien d'autre que la source élémentaire du champ magnétique.
Si vous considérez un fil transportant le courant I sur la longueur dl dans le fil, le champ magnétique dû au courant en un point d'observation par rapport au fil est donné par,
Où; µ0 est la perméabilité de l'espace frère(4π×10-7N/D2), et R est la distance entre le point et le fil.
L'intégration de l'équation ci-dessus donne le champ magnétique dû au courant circulant dans la boucle de fil. Le champ magnétique et le courant sont interdépendants. À mesure que le débit de courant augmente, la force du champ magnétique sera plus grande en raison du mouvement des charges conductrices.
Comment le champ magnétique affecte-t-il le courant ?
Lorsqu'un fil conducteur de courant est mis en contact avec un champ magnétique changeant, un courant est induit dans le fil. Ce courant circule en raison des lignes de champ magnétique appliquant une certaine force sur les charges, les faisant bouger.
Étant donné que le champ magnétique et le courant sont étroitement liés, un petit changement dans le champ magnétique produit une force électromotrice dans le fil. Cela se produit parce que le champ magnétique changeant génère le champ électrique, et les charges sont libres de circuler, et donc le courant est induit.
Le champ magnétique est associé au sens de circulation du courant. Si la direction du champ magnétique change, le flux de courant à l'intérieur du conducteur change également.
Direction du champ magnétique et du courant
La direction d'orientation du champ magnétique et du courant est normale l'une à l'autre. Puisque nous savons que, dans une onde électromagnétique, le mouvement du champ électrique et du champ magnétique se fait toujours dans des directions perpendiculaires. Le courant n'est rien d'autre qu'une forme d'énergie électrique transportant le flux d'électrons libres.
Généralement, la règle de la main droite rend compte de la direction du champ magnétique et du courant. Tout d'abord, faites un geste de la main en forme de L en utilisant le pouce et l'index, puis pointez le majeur perpendiculairement aux deux doigts. Les doigts restants sont maintenus enroulés. Ce type de geste de la main droite aide à se souvenir de la direction du champ magnétique et du courant.
Le champ magnétique offre une certaine force exercée sur les charges en mouvement. Lorsque les charges sont au repos, le champ magnétique n'influence pas la charge. Mais dès qu'ils commencent à bouger, la force créée par le champ pousse les charges et le courant circule à travers le fil. La direction du flux de courant n'est pas dans la direction des lignes de champ mais trace plutôt un chemin perpendiculaire.
Générique de l'illustration: Wikimedia commons
Selon la règle, votre main ressemble à un fil conducteur de courant et la direction de la charge positive est indiquée par votre pointeur. Et le champ magnétique est indiqué par votre majeur, et votre pouce indique le mouvement du courant dû à la force magnétique.
Pourquoi le champ magnétique est-il perpendiculaire au courant ?
La force magnétique exercée sur les charges est toujours un produit croisé de la vitesse des charges pour conduire le courant et le champ magnétique. Le produit croisé de n'importe quelle quantité de deux vecteurs est toujours exercé à angle droit par rapport à la force appliquée. Ainsi, le champ magnétique est perpendiculaire au courant.
La force magnétique est considérée comme la force de Lorentz qui s'exerce sur les charges et les fait bouger et les amène à conduire le courant. Étant donné que le champ magnétique est une quantité vectorielle et que la vitesse des charges contribue à la circulation du courant, elle est également une quantité vectorielle. Le produit croisé de ces deux grandeurs vectorielles doit être une force perpendiculaire. Ainsi, le champ magnétique et le courant sont perpendiculaires l'un à l'autre.
Le champ magnétique est-il toujours perpendiculaire au courant ?
Oui, puisque le champ électrique est toujours orienté perpendiculairement au champ magnétique dans l'onde électromagnétique, le courant est dû au champ électrique. Ainsi, le champ magnétique et le courant sont également perpendiculaires.
Considérons un courant porteur de fil et le champ magnétique B est généré lorsqu'il y a un flux de courant dans le fil. La ligne droite fléchée au milieu indique la direction du courant dans le fil, et l'anneau circulaire autour du courant est le champ magnétique dont la direction est indiquée à l'aide d'une flèche.
Comment est le champ magnétique perpendiculaire au courant ?
Généralement, le courant transporte les charges mobiles à travers le fil, ce qui entraîne la génération du champ magnétique, qui s'enroule autour du fil sous la forme d'un anneau. L'orientation perpendiculaire du champ magnétique et du courant est due à ce phénomène de curling illustré par la deuxième règle de droite.
Selon cette règle, si vous enroulez tous vos doigts sur la paume et le pouce vers le haut, illustrez comment le champ magnétique est perpendiculaire au courant. La direction de la boucle est perpendiculaire au flux de courant indiqué par le pouce pointé vers le haut.
Si le courant circule du haut vers le bas, le champ magnétique sera dans le sens des aiguilles d'une montre perpendiculaire à la force exercée. Et si le courant se déplace de bas en haut, le champ magnétique est orienté dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Quand le champ magnétique est perpendiculaire au courant ?
Lorsque la force exercée sur les charges est maximale, les charges commencent à se déplacer normalement dans la direction des lignes de champ. En raison du mouvement des charges, le courant résultant a tendance à suivre le même chemin perpendiculairement au champ magnétique.
L'interaction de la force avec le champ magnétique est tout à fait différente. S'il n'y a pas de moyen de force, il n'y aura pas de mouvement des charges et pas de champ magnétique. Si le champ magnétique est parallèle au courant, il est tout à fait impossible d'établir une relation entre eux.
Quelle est la relation entre le sens du courant et la polarité magnétique ?
La direction du courant et la polarité magnétique sont corrélées. Si la direction du champ magnétique va du pôle nord au pôle sud, le flux de charges dans le conducteur porteur de courant s'effectue des charges négatives vers les charges positives.
Cela signifie que si la direction du courant change, la direction des lignes de champ magnétique se charge également. Supposons, initialement, que le courant passe du négatif au positif et que les lignes de champ magnétique émergent du pôle nord au pôle sud. En inversant la direction du flux de courant, nous pouvons observer que les lignes de champ magnétique inversent également sa direction du pôle sud au pôle nord.
La règle de la main gauche est généralement utile pour démontrer l'effet sur la polarité magnétique en raison de la direction du courant. Dans cette règle, le pouce indique la direction du pôle nord lorsque les électrons circulent du négatif vers le positif.
Générique de l'illustration: Wikimedia commons
Comment un champ magnétique affecte-t-il le courant dans un circuit magnétique ?
Les champs magnétiques dans le circuit magnétique entraînent la force magnétomotrice, similaire à la force électromotrice entraînée par le champ électrique. La force magnétomotrice du champ magnétique dépend des spires de la bobine et du courant.
Un circuit magnétique est constitué d'une bobine constituée d'un flux magnétique en boucle fermée. Si nous augmentons le nombre de tours dans la bobine, l'intensité du champ magnétique augmente proportionnellement, provoquant une augmentation du flux. Le flux induit plus de courant pour établir une force magnétomotrice maximale.
Les circuits magnétiques sont analogues à un circuit électrique. Mais la différence est dans un circuit électrique, le mouvement des charges provoque un champ magnétique, et dans un circuit magnétique, le champ magnétique induit le courant dans le circuit.
Champ magnétique et graphique de courant
Étant donné que le champ magnétique et le courant sont corrélés l'un à l'autre, le tracé du champ magnétique et du courant varie linéairement l'un par rapport à l'autre. Le graphique du champ magnétique en fonction du courant donne une ligne droite augmentant linéairement les unes avec les autres.
L'augmentation linéaire du champ magnétique est due au fait que, à mesure que le courant dans la boucle de fil augmente, le mouvement des charges augmente également, ce qui génère davantage de champ magnétique dans la boucle.
La pente du graphique donne une constante physique qui représente le nombre d'enroulements de la boucle de fil.
Problèmes résolus sur le champ magnétique et le courant
Calculez le champ magnétique dû au fil porteur de courant d'une longueur unitaire transportant 5 ampères de courant à une distance de 3 m.
Solution:
Étant donné - le courant dans le fil, I = 5 ampères
La distance entre le fil r= 3m
Le champ magnétique B au point r est
La valeur de μ0 est 4π×10-7 N/D2; en remplaçant les valeurs dans l'équation ci-dessus, on obtient
B=3.33×10-7T.
Deux fils conducteurs de même longueur sont placés parallèlement l'un à l'autre, séparés d'une distance de 2m. Un fil transporte le courant de 12 ampères et l'autre transporte le courant de 15 ampères. Calculez le champ magnétique provenant des deux fils parallèles à une distance de 5 m.
Solution:
Étant donné -le courant transporté par un fil I1=12 ampères
Le fil porté par un autre fil I2=15 ampères
La distance r1=5m.
La distance r2=7m.
La perméabilité de l'espace libre μ0=4π×10-7 N/D2
Le champ magnétique dû aux deux fils est donné par
B = B1+B2
B=4.8+4.28
B=9.085×10-7T
Calculez le champ magnétique en un point situé à une distance de 8 m du fil transportant un courant de 14 ampères.
Solution:
Donné – le point à une distance du fil r=8m
Le fil transportant le courant I = 14 ampères.
La perméabilité de l'espace libre μ0=4π×10-7 N/D2
Remplacer les valeurs données dans l'équation ci-dessus
B=3.5×10-7T.
Conclusion
À partir de cet article, nous comprenons la relation entre le champ magnétique et le courant et nous avons appris que le champ magnétique et le courant sont la quantité vectorielle orientée normale au plan de l'onde électromagnétique. Le comportement des charges dans le champ magnétique produit du courant. Le mouvement rapide des charges dans un fil porteur de courant est responsable du champ magnétique. c'est ainsi que le champ magnétique et le courant sont liés.
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Je m'appelle Keerthi K Murthy, j'ai obtenu un diplôme universitaire en physique, avec une spécialisation dans le domaine de la physique du solide. J'ai toujours considéré la physique comme une matière fondamentale liée à notre vie quotidienne. Étant étudiant en sciences, j'aime explorer de nouvelles choses en physique. En tant qu'écrivain, mon objectif est d'atteindre les lecteurs de manière simplifiée à travers mes articles.
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